风能

风能(wind energy) 空气流动所产生的动能。太阳能的一种转化形式。由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀,引起大气层中压力分布不平衡,在水平气压梯度的作用下,空气沿水平方向运动形成风。风能资源的总储量非常巨大,一年中技术可开发的能量约5.3X10^13千瓦时。风能是可再生的清洁能源,储量大、分布广,但它的能量密度低(只有水能的1/800),并且不稳定。在一定的技术条件下,风能可作为一种重要的能源得到开发利用。风能利用是综合性的工程技术,通过风力机将风的动能转化成机械能、电能和热能等。

风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系。

简介

风能(wind energy)是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量,属于可再生能源(包括水能,生物能等)。空气流具有的动能称风能。空气流速越高,动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机,以产生电力,方法是透过传动轴,将转子(由以空气动力推动的扇叶组成)的旋转动力传送至发电机。到2008年为止,全世界以风力产生的电力约有 94.1 百万千瓦,供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源,但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。

现代利用涡轮叶片将气流的机械能转为电能而成为发电机。在中古与古代则利用风车将收集到的机械能用来磨碎谷物和抽水。风力被使用在大规模风农场和一些供电被被隔绝的地点,为当地的生活和发展做出了巨大的贡献。

特点

风能量是丰富、近乎无尽、广泛分布、干净与缓和温室效应。 存在地球表面一定范围内。经过长期测量,调查与统计得出的平均风能密度的概况称该范围内能利用的依据,通常以能密度线标示在地图上。

来源

风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同,产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。风能就是空气的动能,风能的大小决定于风速和空气的密度。全球的风能约为2.74X109MW,其中可利用的风能为2X107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。空气流动所形成的动能及为风能。风能是太阳能的一种转化形式。太阳的辐射造成地球表面受热不均,引起大气层中压力分布不均,空气沿水平方向运动形风。风的形成乃是空气流动的结果。

优缺点

优点

风能为洁净的能量来源。风能设施日趋进步,大量生产降低成本,在适当地点,风力发电成本已低于其它发电机。风能设施多为不立体化设施,可保护陆地和生态。风力发电是可再生能源,很环保,很洁净。风力发电节能环保。

缺点

风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类,如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失。目前的解决方案是离岸发电,离岸发电价格较高但效率也高。

在一些地区、风力发电的经济性不足:许多地区的风力有间歇性,更糟糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时间;必须等待压缩空气等储能技术发展。

风力发电需要大量土地兴建风力发电场,才可以生产比较多的能源。进行风力发电时,风力发电机会发出庞大的噪音,所以要找一些空旷的地方来兴建。现在的风力发电还未成熟,还有相当发展空间。

限制及弊端

风能利用存在一些限制及弊端

  • 风速不稳定,产生的能量大小不稳定;
  • 风能利用受地理位置限制严重;
  • 风能的转换效率低;
  • 风能是新型能源,相应的使用设备也不是很成熟。
  • 在地势比较开阔,障碍物较少的地方或地势较高的地方适合用风力发电。

利用形式

风能利用形式主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量。风就是水平运动的空气,空气产生运动,主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区,太阳高度角大,日照时间长,太阳辐射强度强,地面和大气接受的热量多、温度较高;在高纬度地区太阳高度角小,日照时间短,地面和大气接受的热量小,温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异,形成了中国南北之间的气压梯度,使空气作水平运动。

季风

理论上风应沿水平气压梯度方向吹,即垂直与等压线从高压向低压吹,但是地球在自转,使空气水平运动发生偏向的力,称为地转偏向力,这种力使北半球气流向右偏转,南半球向左偏转,所以地球大气运动除受气压梯度力外,还受地转偏向力的影响。大气真实运动是这两力的合力。实际上,地面风不仅受这两个力的支配,而且在很大程度上受海洋、地形的影响,山隘和海峡能改变气流运动的方向,还能使风速增大,而丘陵、山地却磨擦大使风速减少,孤立山峰却因海拔高使风速增大。 因此,风向和风速的时空分布较为复杂。比如海陆差异对气流运动的影响,在冬季,大陆比海洋冷,大陆气压比海洋高,风从大陆吹向海洋;夏季相反,大陆比海洋热,风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风,我们称为季风。

海陆风

所谓的海陆风也是白昼时,大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋,到海洋上空冷却下沉,在近地层海洋上的气流吹向大陆,补偿大陆的上升气流,低层风从海洋吹向大陆称为海风,夜间(冬季)时,情况相反,低层风从大陆吹向海洋,称为陆风。 在山区由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡,夜间由平原或山坡吹向谷底,前者称谷风,后者称为山风。这是由于白天山坡受热快,温度温度高于山谷上方同高度的空气温度,坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方,谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气,这时由山谷吹向山坡的风,称为谷风。夜间,山坡因辐射冷却,其降温速度比同高度的空气较快,冷空气沿坡地向下流入山谷,称为山风。

当太阳辐射能穿越地球大气层时,大气层约吸收2*10^16W的能量,其中一小部分转变成空气的动能。因为热带比亚热带吸收较多的太阳辐射能,产生大气压力差导致空气流动而产生风。至于局部地区,例如,在高山和深谷,在白天,高山顶上空气受到阳光加热而上升,深谷中冷空气取而代之,因此,风由深谷吹向高山;夜晚,高山上空气散热较快,于是风由高山吹向深谷。另一例子,如在沿海地区,白天由于陆地与海洋的温度差,而形成海风吹向陆地;反之,晚上由陆地吹向海上。

发展趋势

1)风能是替代生物燃料的理想能源

火电水电核电风电太阳能发电
201138337.06989.4863.5703.36.0
201238928.18721.1973.9959.836.0
201342470.19202.91116.11412.084.0
201444001.110728.81325.41599.8235.0
201542841.911302.71707.91857.7395.0
201644370.711840.52132.92370.7665.0
201747546.011978.72480.72972.31178.0
201850963.212317.92943.63659.71769.0
201952201.513044.43483.54057.02240.0
202053302.513552.13662.54665.02611.0
202158058.7133904075.265563270
202258887.913522.04177.87626.74272.7
2011~2020年全国发电量结构(单位:亿千瓦时)

风能作为无碳化可再生能源,是生物燃料理想化的能源替代。2022年,我国风电发电量7626.7千瓦时,同比增长15.1%,风电行业已成为我国第二大可再生能源发电来源,风电行业的稳步发展将有效推动未来市场对风电上下游的投资。

2)技术日渐成熟,海上风电大势发展

数据显示,截至2022年底,全国并网风电3.65亿千瓦(陆上风电3.35亿千瓦,海上风电3046万千瓦),从装机增速看,风电装机增速回落到与2017年相同的11.2%。

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1.
简介
2.
特点
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来源
4.
优缺点
5.
利用形式
6.
发展趋势
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